4.2電磁場與電磁波人教版（2019）物理（選擇性必修第二冊）第四章

電磁振蕩與電磁波素養目標1.了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，知道麥克斯韋對電磁學的偉大貢獻2.體驗赫茲證明電磁波存在的實驗過程及實驗方法，領會實驗對物理學發展的基礎意義3.了解電磁波的形成和電磁波的特點

電磁振蕩電路中的能量有一部分要以電磁波的形式輻射到周圍空間中去，那么，這些電磁波是怎樣產生的？通信衛星、微波爐、安檢設備等都要利用電磁波，電磁波已經與現代生活密不可分那么電磁波是什么？它是怎樣產生的？它有什么性質？新課講解視頻：在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里就會產生感應電流電磁場變化的磁場產生電場將小燈泡連接到電源上，構成閉合回路當開關閉合時，小燈泡會發光將金屬環與小燈泡連接，構成閉合回路當金屬環穿過螺線管的磁場時，金屬環連接的小燈泡會發光變化的磁場產生電場變化的磁場①如果用不到點的塑料線繞制線圈，線圈中還有電流和電場嗎？②線圈不存在時，線圈所處的空間，還有電場嗎？③若改成恒定的直流電，還有電場嗎？閉合回路（金屬環）電場↑閉合回路EB電流思考用塑料線圈或線圈不存在時，有電場，無電流若改成直流電，線圈中的磁場不發生變化，不會產生電場麥克斯韋認為：電路里能產生感應電流，是因為變化的磁場產生了電場，電場促使導體中的自由電荷做定向運動。他將這種用場描述電磁感應現象的觀點，推廣到不存在閉合電路的情形。1.麥克斯韋假設的觀點（1）變化的磁場產生電場這是一個普遍規律，跟閉合電路是否存在無關。變化的磁場周圍產生電場電場B①均勻變化的磁場產生穩定的電場EtOBtO②非均勻變化的磁場產生變化的電場BtOEtO靜止的電荷產生靜電場電荷從靜止到運動產生變化的電場產生磁場

變化的電場產生磁場現象：閉合回路中有電流通過時，小磁針會發生擺動說明：小磁針所處的位置產生了另一個磁場，使小磁針發生擺動，這個磁場是由電荷在周圍空間運動產生的變化的電場引起的靜電荷靜電場運動的電荷變化的電場磁場磁場是由變化的電場產生的（2）變化的電場產生磁場這個假設沒有直接的實驗做基礎，它出于對自然規律的洞察力，是很大膽的，但卻更具有創造性。注意：恒定的電場不產生磁場。變化的電場周圍產生磁場BEii在電容器充、放電的過程中在電容器兩極板間周期性變化的電場也產生同頻率的周期性變化磁場。

1.變化的磁場產生電場均勻變化的磁場產生穩定的電場非均勻變化的磁場產生變化的電場

2.變化的電場產生磁場均勻變化的電場產生穩定的磁場非均勻變化的電場產生變化的磁場周期性變化的磁場產生同頻率周期性變化的電場周期性變化的電場產生同頻率周期性變化的磁場變化的電場和磁場總是相互聯系的，形成一個不可分割的統一的電磁場。知識小結假設一：變化的磁場產生電場假設二：變化的電場產生磁場1.如圖甲所示，在變化的磁場中放置一個閉合電路，電路里產生了感應電流。如圖乙所示，空間存在變化的磁場，其周圍產生感應電場，下列說法正確的是()A.甲、乙兩圖一定能持續產生電磁波B.對甲圖，從上向下看，電子在回路中沿順時針方向運動C.閉合電路只是檢驗變化的磁場產生的電場，即使沒有閉合電路，空間仍能產生電場D.變化的電場周圍產生磁場，與閉合電路是否存在有關C答案：C解析：若甲、乙兩圖的磁場均勻變化，就會產生穩定不變的電場，穩定不變的電場不會產生磁場，就不會持續產生電磁波，故選項A錯誤；對甲圖，從上向下看，感應電流沿順時針方向，電子在回路中沿逆時針方向運動，故選項B錯誤；變化的磁場周圍產生電場是一種普遍存在的現象與閉合電路是否存在無關，甲圖的閉合電路只是檢驗變化的磁場產生的電場，乙圖即使沒有閉合電路，空間仍能產生電場，故選項C正確；同理，變化的電場周圍產生磁場也是一種普遍存在的現象，與閉合電路是否存在無關，選項D錯誤。電磁波視頻：電磁波的形成非均勻變化的磁場變化電場若是均勻變化穩定磁場不再激發若非均勻變化變化磁場若是均勻變化穩定電場若非均勻變化激發激發激發激發1.電磁波的產生變化的電場和磁場由近及遠地向周圍傳播，形成了電磁波

電磁波的傳播靠的是電場和磁場的相互“激發”，所以不需要介質，可以在真空中傳播2.電磁波的特點（1）電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波。（2）電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，c=3×108m/s。（3）電磁波的傳播不需要介質。（4）電磁波也會發生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等現象。（光是電磁波）（5）電磁波的發射過程就是輻射能量的過程。電磁波的發現過程“磁生電”赫茲檢測到了電磁波，測出電磁波波速等于光速。麥克斯韋猜想與假設：1.變化的磁場產生電場“電生磁”2.變化的電場產生磁場麥克斯韋預言了電磁波的存在預言光是一種電磁波赫茲證實電磁波的存在實驗（1）實驗器材拋光的金屬小球、感應圈、彎成環狀的導線赫茲自制的實驗裝置感應圈發射振子

諧振器接收BA赫茲赫茲的電火花這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間傳播。

當電磁波到達導線環時，它在導線環中激發出感應電動勢，使得導線環的空隙中也產生了火花，說明這個導線環接收到了電磁波。

當與感應圈相連的兩個金屬球間產生電火花時，周圍空間出現了迅速變化的電磁場。模擬赫茲的實驗（2）實驗現象：

當感應圈兩個金屬球間有火花跳過時，導線環兩個小球間也跳過了火花。（3）現象解釋：

當感應圈兩個金屬球間有火花跳過時，立刻產生了一個交變電磁場，形成電磁波在空間傳播，經過導線環時激發出感應電動勢，使得導線環中也產生了火花。模擬赫茲的實驗（4）實驗結論：赫茲實驗證實了電磁波的存在。（5）實驗意義：證明了麥克斯韋的預言，為麥克斯韋的電磁場理論奠定了堅實的實驗基礎。（6）赫茲的其他實驗成果：赫茲通過一系列實驗，觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等現象，并通過測量證明，電磁波在真空中具有與光相同的速度，證實了麥克斯韋的電磁場理論。模擬赫茲的實驗

當與感應圈相連的兩個金屬球間產生電火花時，周圍空間出現了迅速變化的電磁場。這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間傳播。當電磁波到達導線環時，它在導線環中激發出感應電動勢，使得導線環的空隙中也產生了火花，說明這個導線環接收到了電磁波。

思考討論：當感應圈兩個金屬球間有火花跳過時，導線環兩個小球間也跳過了火花，這個過程是怎樣發生的呢？4.電磁場的物質性

電磁場的轉換就是電場能量和磁場能量的轉換，因而電磁波的發射過程就是輻射能量的過程，傳播過程就是能量傳播的過程。5.物質存在的兩種形式

當麥克斯韋提出電磁場理論并被赫茲的實驗證實以后，電磁場就像光一樣真實了。①一種是由原子和分子構成的實物。②另一種則是以電磁場為代表的場。

機械波電磁波研究對象力學現象電磁現象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強度E和磁感應強度B隨時間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質，波速與介質有關，與頻率無關傳播無需介質，在真空中波速總等于光速c，在介質中傳播時，波速與介質和頻率都有關產生機理由質點(波源)的振動產生由電磁振蕩(周期性變化的電流)激發是否橫波可以是是是否縱波可以是否干涉現象滿足干涉條件時均能發生干涉現象衍射現象滿足衍射條件時均能發生明顯衍射麥克斯韋電磁場理論的建立詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（JamesClerkMaxwell），英國著名物理學家、數學家。除了奠定電磁理論、開創經典電動力學之外，他還是統計物理學的奠基人之一。因為公式太復雜，人們更多地選擇記住了牛頓和愛因斯坦與牛爵爺、愛神平起平坐的麥克斯韋光是按電磁波規律傳播的一種電磁振蕩——光是一種電磁波2.在物理學理論建立的過程中，有許多科學家做出了貢獻。下列說法正確的是()A.安培首先引入電場線和磁感線B.庫侖提出了庫侖定律，并最早用實驗測得元電荷e的數值C.法拉第提出了分子電流假說，并在磁場與電流的相互作用方面做出了杰出的貢獻D.麥克斯韋建立了經典電磁場理論D經典例題答案：D解析：法拉第首先引入電場線和磁感線，選項A錯誤；庫侖提出了庫侖定律，密立根最早用實驗測得元電荷e的數值，選項B錯誤；安培提出了分子電流假說，并在磁場與電流的相互作用方面做出了杰出的貢獻，選項C錯誤；麥克斯韋建立了經典電磁場理論，選項D正確。3.關于電磁波和機械波，下列說法正確的是()A.電磁波是縱波，而機械波既有橫波又有縱波B.機械波和電磁波在傳播時都需要介質C.機械波的能量由振幅決定，而電磁波的能量由頻率決定D.當機械波或電磁波從空氣中進入水中時，頻率不變，波長和波速都變小C經典例題答案：C解析：電磁波是橫波，選項A錯誤；電磁波的傳播不需要介質，可以在真空中傳播，選項B錯誤；機械波的能量由振幅決定，而電磁波的能量由頻率決定，選項C正確；當電磁波從空氣中進入水中時，頻率不變，而介質的折射率變大，所以波速變小，則波長也變小，而機械波從空氣中進入水中時，頻率不變，但波速變大，所以波長也變大，選項D錯誤。4.陳敬熊是我國電磁場理論與天線技術專家，我國天線理論和制導雷達天線設計的主要開拓者之一，開創性地提出了麥克斯韋方程直接求解法，解決了我國第一代地空導彈武器系統天線關鍵技術問題，為我國電磁場理論與微波技術發展作出了重大貢獻。關于麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A.變化的電場一定會產生變化的磁場，同樣，變化的磁場一定會產生變化的電場B.光是一種電磁波，在任何介質中光速都為C.赫茲通過實驗驗證了電磁波的存在D.麥克斯韋觀測到了電磁波的反射、折射、干涉和衍射等現象C答案：C解析：均勻變化的電場產生穩定的磁場，同樣，均勻變化的磁場產生穩定的電場，故選項A錯誤；光是一種電磁波，只有在真空中光速為

，故選項B錯誤；赫茲通過實驗驗證了電磁波的存在，故選項C正確；赫茲觀測到了電磁波的反射、折射、干涉和衍射等現象，故選項D錯誤。5.北京時間2022年5月12日晚9點，事件視界望遠鏡（EHT）合作組織正式發布了銀河系中心黑洞人馬座

的首張照片。如圖所示，該照片利用了射電望遠鏡對電磁波的捕捉。下列關于電磁波的說法正確的是()A.周期性變化的電場和磁場可以相互激發，形成電磁波B.電磁波是縱波，不能發生偏振現象C.電磁波和機械波都依賴于介質才能傳播D.電磁波在任何介質中傳播的速度都相等A答案：A解析：周期性變化的電場和磁場可以相互激發，形成電磁波，故選項A正確；電磁波是橫波，可以發生偏振現象，故選項B錯誤；電磁波的傳播不依賴于介質，故選項C錯誤；電磁波在不同介質中傳播的速度不相等，故選項D錯誤。2.電磁波的特點

（1）電磁波是橫波，在空間中傳播不需要介質；（2）真空中電磁波的傳播速度為3×108m/s；（3）電磁波能發生反射、折射、干涉和衍射等現象；（4）1.電磁波的產生：

變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場。穩定的電場周圍不產生磁場相互垂直，隨時間和空間做周期性變化1.已知的單端天線的長度為載波波長的時，其感應電動勢在天線中將達到最大值。如果某種的天線應設計為7.5cm，接?信號的載波頻率為()A. B. C. D.C答案：C解析：由波速公式，解得，選項C正確。2.2022年3月8日，航天員王亞平從空間站送來的“國際婦女節”節日祝福通過電磁波傳播到祖國各地，下列關于電磁波的說法正確的是()A.麥克斯韋用實驗證實了電磁波的存在B.只要有電場就能產生電磁波C.電磁波傳播需要介質，機械波傳播不需要介質D.電磁波中每一處的電場強度和磁感應強度總是互相垂直的，且都與波的傳播方向垂直D答案：D解析：麥克斯韋預言了電磁波，赫茲證實了電磁波的存在，A錯誤；若只有電場，而電場是穩定的或電場均勻變化，則都不能產生電磁波，B錯誤；電磁波傳播不需要介質，機械波傳播需要介質，C錯誤；因電磁波是橫波，所以電磁波中每一處的電場強度和磁感應強度總是互相垂直的，且與波的傳播方向垂直，D正確。故選D。3.下列